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掃描隧道顯微鏡是納米科技重要的測量工具

點擊次數:428  發布時間:2022-11-09
  掃描隧道顯微鏡Scanning Tunneling Microscope縮寫為STM。它作為一種掃描探針顯微術工具,掃描隧道顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個原子,它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外,掃描隧道顯微鏡在低溫下(4K)可以利用探針尖精確操縱原子,因此它在納米科技既是重要的測量工具又是加工工具。
  掃描隧道顯微鏡的基本原理是利用量子理論中的隧道效應。將原子線度的極細探針和被研究物質的表面作為兩個電極,當樣品與針尖的距離非常接近時(通常小于1nm),在外加電場的作用下,電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極。這種現象即是隧道效應。隧道電流I是電子波函數重疊的量度,與針尖和樣品之間距離S和平均功函數Φ有關。
  隧道電流強度對針尖與樣品表面之間距非常敏感,如果距離S減小0.1nm,隧道電流I將增加一個數量級,因此,利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定,并用壓電陶瓷材料控制針尖在樣品表面的掃描,則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品表面的起伏。
  將針尖在樣品表面掃描時運動的軌跡直接在熒光屏或記錄紙上顯示出來,就得到了樣品表面態密度的分布或原子排列的圖象[5]。這種掃描方式可用于觀察表面形貌起伏較大的樣品,且可通過加在z向驅動器上的電壓值推算表面起伏高度的數值,這是一種常用的掃描模式。對于起伏不大的樣品表面,可以控制針尖高度守恒掃描,通過記錄隧道電流的變化亦可得到表面態度的分布。這種掃描方式的特點是掃描速度快,能夠減少噪音和熱漂移對信號的影響,但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品。
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